Efeito de derivados da hidrólise de biomassa de algas sobre a produção biológica de H2 por diferentes espécies de Clostridium sp

• Autor(a) principal: Giraldeli, Lucas Diniz
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-12122017-190319/
• topic: Clostridium acetobutylicum ATCC 824; Clostridium beijerinckii Br21; Fermentação; Hidrogênio; Inibição; Clostridium acetobutylicum ATCC 824; Clostridium beijerinckii Br21; Fermentation; Hydrogen; Inhibition

O H2 pode ser obtido por processos biológicos, como a fermentação, conduzidos à temperatura e pressão ambientes. Para tal são utilizadas matérias-primas renováveis, ricas em carboidratos, como as biomassas lignocelulósicas e de algas. Estas biomassas têm estrutura química complexa e requerem uma etapa de pré-tratamento e/ou hidrólise antes da sua utilização na fermentação. Processos de hidrólise podem liberar, tanto monossacarídeos, quanto substâncias potencialmente inibidoras de fermentação. Esse estudo avaliou o efeito de 3 potenciais inibidores de fermentação (5-hidroximetilfurfural -HMF, ácido levulínico AL e ácido fórmico AF), derivados da hidrólise de biomassas. Ensaios cinéticos de fermentação em batelada foram realizados com o microrganismo produtor de H2, Clostridium beijerinckii Br21, utilizando glicose como fonte de carbono e diferentes concentrações de cada inibidor. O efeito do HMF, do AL e do AF foram avaliados nas faixas de concentração de 0,5 a 2,5 g/L, de 1,0 a 4,0 g/L, e de 0,5 a 2,0 g/L, respectivamente. Retiraram-se amostras do gás produzido e do líquido para estimar as velocidades específicas de produção de H2, do crescimento celular e de consumo de glicose, nos ensaios com e sem a presença de inibidor (controle). Foi observada inibição de todos os parâmetros avaliados, comparados ao controle. Houve um aumento do tempo para início da produção e diminuição do rendimento de H2 com o aumento da concentração de todos os inibidores. Os resultados das fermentações permitiram estimar a concentração dos compostos que inibem 50% a produção de H2, o crescimento celular e o consumo do substrato (CI50). Os valores de CI50 obtidos para a produção de H2 pelo HMF, AL e AF foram 0,89, 2,50 e 1,15 g/L, respectivamente. Para o crescimento celular a CI50 do HMF, AL e AF foram 1,42, 2,08 e 1,46 g/L, respectivamente. Para o consumo de substrato a CI50 foi 3,23, 3,79 e 0,43 g/L, para o HMF, AL e AF, respectivamente. As concentrações de CI50 para a produção de H2 foram testados em 2 microrganismos distintos, o C. beijerinckii Br21 e o Clostridium acetobutylicum ATCC 824, para fins comparativos. Assim pode-se verificar a inibição na produção de H2 no C. beijerinckii Br21 de 49,3, 48,7 e 51,3%, enquanto que o C. acetobutylicum ATCC 824 apresentou inibição de 45,5, 61,3 e 59,6%, para o HMF, AL e AF, respectivamente. Foi estimada também a concentração de compostos que inibem 25% a produção de H2, a CI25, a fim de realizar misturas com os inibidores e testá-las em ambos os microrganismos. Os valores obtidos de CI25 para HMF, AL e AF foram 0,66, 2,15 e 0,89 g/L, respectivamente. A partir desses valores foram feitas 4 misturas distintas: HMF+AL, HMF+AF, AL+AF e HMF+AL+AF. A inibição da produção de H2 a partir dessas misturas em C. beijerinckii Br21foram de 58,9, 58,4, 49 e 85,9%, enquanto que para o C. acetobutylicum ATCC 824 obteve-se os valores de 67,6, 66,6, 55,5 e 88,8%, para HMF+AL, HMF+AF, AL+AF e HMF+AL+AF, respectivamente. Portanto, pode-se notar que o C. acetobutylicum ATCC 824 mostrou ser mais sensível aos efeitos causados pelos inibidores, sendo que o HMF parece atuar mais sobre a produção de H2, enquanto que os ácidos têm efeito mais global no metabolismo da bactéria. Esses estudos mostraram os limites destes compostos, quando se deseja utilizar hidrolisados de biomassas como matéria-prima para a produção fermentativa do H2.pelas espécies de Clostridium estudadas.